2.0T发动机遍地都是,为何就天籁的“超变擎”能鹤立鸡群

如果要以一句最精简的话来概括一款车的好坏,这句话必然是与动力系统有关的。例如:

“这车6缸的?高级!”

“0-100km/h加速只要6.4秒?厉害!”

“百公里油耗只要4升?技术好!”

相比于车内空间、造型设计、屏幕大小等指标,动力系统对于汽车的重要性总是最高的,因为这是成本占比最高,也是技术含量最高的一个部分。

如今,动力系统的发展进入了电动化时代,一些内燃机以往难以实现的技术指标,通过电机都可以轻松完成。那是否意味着,内燃机已经没有发展空间了?

答案显然是否定的。看吧,在2020年的“沃德十佳”发动机榜单中,采用纯内燃机动力的就有六款,而纯电动只有一款,混合动力(包括MHEV和HEV)则有三款。这说明了内燃机不但没有消沉,而且还有着极强的生命力。

能入选“沃德”的,都是当下最优秀的动力总成,但如果要找一款最能代表内燃机技术高度的,我会选日产的VC-TURBO 2.0T可变压缩比发动机。

继“沃德”后再获年度技术大奖,VC-TURBO就是与众不同

事实上,日产VC-TURBO 2.0T发动机已在2019年、2020年连续两次入选“沃德十佳”。前不久,它还入选了我们“Dear Car 2020”年度车评选中的"Dear Tech "年度技术大奖。

当然,要论全球范围内的权威性和影响力,我们的“Dear Tech”大奖与“沃德十佳发动机”评选没有可比性。但可以肯定的是,无论在哪个评选中,日产这台发动机之所以能入选,都离不开这个理由——它是目前世界上第一款也是唯一一款实现量产的可变压缩比发动机!

可变压缩比其实不是一项技术,但却是最难实现的发动机技术之一。早在上世纪80年代Saab(萨博)汽车已经开始着手开发了,但最终因技术难度过高而终止。此后,现代、标致、丰田、保时捷都先后涉足这项技术,但无一例外,都是以失败告终。

图为保时捷的可变压缩比技术方案,他们在连杆内部装了两个小型液压缸以实现压缩比的改变,该方案目前尚在研究阶段。

众多技术巨头都失败了,为何就日产能成功?

答案在于坚持二字。在研究可变压缩比技术的路上,日产并非一帆风顺,在1998年刚提出概念的时候,就受到了不少挑战和质疑,但工程师还是顶住了压力,将难关逐一攻破。在20年的研发历程中,日产共投入了200亿美元的研发经费,采用了300多项创新技术,经历了3万小时的台架试验以及300万公里的等效道路测试,最终将可变压缩比技术实现量产应用。

日产可变压缩比技术历经20年研发,投资金额超过200亿美元。

日产VC-TURBO 2.0T发动机的可以输出185kW的最大功率、380Nm的最大扭矩,搭载这款发动机的东风日产第七代天籁,0-100km/h加速时间仅为6.4秒,达到一线豪华B级轿车的高功率版车型标准,同时其百公里综合油耗也只有6.6L/100km,只相当于一款A级家轿。

突破汽车行业的技术瓶颈,做到动力与燃油经济性双重兼顾,是这台VC-TURBO 2.0T发动机最大的魅力。对此,东风日产赋予其一个全新的称号——“超变擎”。

如何把握发动机“命脉”?关键在于控制压缩比

想必你也会问,所谓“超变擎”真有这么厉害吗?它的可靠性经得起考验吗?要解答这些问题,必须先弄清压缩比这事儿。

一般而言,在同等条件下,发动机的压缩比越大,它对燃料的利用率更高,动力性能和燃油经济性就越好,这点在发动机发展过程中有着明显的体现。

从定义上说,压缩比就是活塞运行到下止点时最大气缸容积,与活塞运行到上止点时最小气缸容积的比值。

我们以近十年日系车发动机的发展为例。2010年日产天籁的2.0L发动机,压缩比为10.0,目前在售的第七代天籁,同样有2.0L版本,压缩比提升到11.7。在动力输出方面,现款天籁2.0L版最大功率为117kW、最大扭矩为208Nm,比2010款提高了17kW、18Nm。油耗方面的差异更明显,在工信部数据的数据下,2010款天籁2.0L版综合油耗为8.9L/100km,现款则为5.9L/100km。

我们也对比了2012款和2018款凯美瑞,2006款和2016款雅阁,结果也是相似的(见上表)。不难看出,随着技术的不断进步,发动机的压缩比有了不同程度的提升,随之而来的,是更好的动力和更低的油耗。当然了,发动机的动力和油耗不是完全由压缩比决定的,但压缩比这个指标就像整台发动机的“命脉”,决定了其整体性能的发挥。

第七代天籁的VC-TURBO “超变擎”发动机压缩比可以高达14.0

那这是否说明了发动机压缩比越高越好?

任何技术都有两面性的,过高的压缩比也会带来弊端,最明显就是发动机爆震,也即油气混合物在火花塞点火前就因过高的压力而进行非正常燃烧。这不但会导致动力下降、油耗升高,严重的更会影响发动机寿命。

对于涡轮增压发动机而言,进气压力和温度本来就比自吸发动机更高,在高压缩比环境下更容易产生爆震。

可变压缩比技术,就是为了解决这一难题而生,当车辆处于低转速、低负载工况时,它会以14:1的最高压缩比运行,最大程度降低燃油消耗;当车辆处于高转速或高负载工况,也即急加速的时候,压缩比则降至8:1的水平,让发动机有更大的发挥余地,同时避免高压高温下出现爆震。

动力性能与燃油经济性,是内燃机最核心的指标,如何拿捏两者的平衡,是汽车界的一大难题。如今,日产的可变压缩比技术可以说是抓住了发动机的“命脉”,让动力和能耗同时得到高水准的发挥,做到鱼与熊掌同时兼得。

为了实现这项技术目标,日产在这台发动机的曲轴上增加了三组连杆,通过对应的伺服电机对三组连杆的角度进行调整,从而改变活塞上下止点的位置,实现压缩比的改变。

VC-TURBO “超变擎”发动机的曲轴连杆机构,这是其可变压缩比技术的核心。

值得注意的是,新增的三组连杆都是采用轴、销、衬套等最基本的汽车零件构造而来,结构和工艺并不复杂,并且可以由日产自行生产,这意味着,这一套部件的可靠性将有很大的保障。一个看似简单的结构,就能突破了发动机领域长期以来的技术难点,这正是日产技术的精妙之处。

让内燃机的生命力再次绽放

从自然吸气到涡轮增压、从化油器到缸内直喷,汽车工业的每一次进步,都离不开那些划时代的动力系统技术。不少人认为,动力系统的未来,必将会是新能源技术的天下,笔者认为,这是一个不严谨的说法。

经过多年的发展,新能源车的市占率依然处于极低的水平,并且呈现出销量下滑的趋势。据中国汽车工业协会统计,2019年全年新能源车销量为120.6万辆,同比下降4.0%,在总量为2576.9万辆的汽车市场中,新能源车的市场占比不到4.7%,其中纯电动车的占比更是低至3.7%。也就是说,有95%以上的汽车依然采用以内燃机为主的动力系统。

于大多数消费者而言,他们不会过于在意动力系统的种类,车子动力是否充足、够不够省油、耐用性如何、用起来是否方便,这才是与用户切身相关的利益点。因此,在现有内燃机技术的基础上再继续进行深挖,让用户熟悉的技术发挥更优秀的性能,也是动力系统发展的理想路径。

日产可变压缩比技术就是最好的例子,与现有发动机相比,它的进步幅度已不仅限于“改善”,而是根本上的“突破”!更重要的是,这是一项别人难以模仿的核心技术,这使其拥有了绝对的差异化优势。

搭载凭借“超变擎”VC-TURBO发动机的技术加持,第七代天籁销量持续攀升,自去年6月份开始,月销量已持续6个月破万,与凯美瑞、雅阁再度鼎立日系三强。也正是“超变擎”发动机在性能和能耗上的突出优势,让第七代天籁吸纳了更多新粉丝,这整就是核心技术优势所带来的推动力技术魅力。

在效率和成本优先的汽车产业里,能对一项技术的有着如此高执着程度的,似乎只有日产了。正因这份坚持,日产让整个行业明白到,内燃机依然有着强大的生命力!

文 | 超人